污水污泥热解特性与工艺研究

发布时间：2020-11-12 08:00

　　 污水处理过程中会产生大量污泥，这些污泥含水率很高，且含有大量有机物、金属盐、病原微生物和寄生虫卵等，污泥性质不稳定且容易腐败。如果污泥不能采用合理的技术进行安全处理处置，会引起周围环境的二次污染。污泥也可被看作为一种资源，如果将污泥进行热解处理，资源化利用污泥热解三相产物，既可以解决污泥污染问题，同时实现了废物再生利用。 本论文中研究了回收污泥中的铁盐和铝盐并作为混凝剂回用于污水化学一级强化处理。利用小试规模污泥序批式热解和连续式热解两种反应装置，研究污泥热解三相产物质量平衡，分析各种元素在热解过程中的迁移规律。测定不同温度条件下污泥热解三相产物热值和反应热，建立污泥热解能量平衡。定量分析污泥中有机物主要成分，结合各种成分热解过程中变化规律分析污泥热解机理，并利用表观动力学对污泥热解反应进行分段拟合。研发污泥热解设备开展工艺验证，对污泥热解工艺进行经济评价。 污泥中铁盐回收最佳工艺条件pH值为1.5、搅拌时间60min，铝盐回收最佳工艺条件为pH值2.5、搅拌时间60min，回收率分别为79.2%和83.5%，污泥减量率为50.85%和35.51%。多次循环回收会导致铁盐或铝盐回收率下降，分解由83.78%和84.51%降低至70.06%和78.43%。利用污泥中回收的铁盐或铝盐处理污水，对浊度的去除效果接近或者略好于新鲜铁盐或铝盐对浊度的去除效果，出水UV254值略大于新鲜铁盐或铝盐出水的UV254值，对CODCr和SCODCr的去除率与使用新鲜的铁盐或铝盐处理效果没有明显的波动，对总磷去除率均高于97.00%，对色度的去除率由51.00%降低到41.00%。 污泥热解过程中影响热解产物产率的主要因素是热解温度，热解液体和气体产物产率随热解温度升高而升高，热解升温速率和热解时间影响不明显。污泥中碳、氢、氧、氮和硫元素向气体产物中迁移量随热解温度升高而增加。污泥连续式热解工艺中污泥热解反应深度高于序批式热解工艺，在800℃以上热解温度下，更多的碳、氧、氮元素由污泥中迁移出去，但硫元素正相反，原因是污泥连续式热解工艺中热解温度高于800℃下硫元素可以与其他元素发生反应被固定在热解固体产物中，污泥连续式热解工艺中污泥中除碳、氢、氧、氮和硫元素外的其他元素含量减少幅度大于序批式热解，原因是连续式污泥热解工艺反应条件更利于这些元素由污泥向热解气体产物中迁移。 低热解温度下热值明显降低。热解液体产物在450-600℃热解温度下热值达到很高水平，液体产物热值最大值为26433kJ/kg，热解液体产物能源化利用价值在600℃时达到最大。污泥序批式热解工艺在700-800℃温度段获得的热解气体产物热值最高。两种热解工艺分别在各自最优参数下从热解液、气体产物中可回收能量占污泥含有的化学能的77.50%左右。随着污泥热解温度上升，热解反应呈现先吸热后放热的规律，反应热由吸热转变为放热的温度点为588.56℃，整个热解过程反应热盈亏转换点为809.56℃，采用不同热解反应温度条件，反应热最大吸热量仅为637.24J/g，仅占污泥自身化学能的3.94%，由此可见，污泥热解能源化利用工艺是高效低耗的。 污泥中主要有机物成分中蛋白质类、脂类、多糖类和以腐殖质为主的其他有机物分别占污泥质量的29.78%、16.62%、11.08%和11.77%。在25-180℃温度段内，主要是水分、易挥发有机物、碳氧化合物、氮和硫元素的氢化物气化。当热解温度超过240℃时，污泥中蛋白质类、脂类和多糖类开始热解。随着热解温度超过400℃，二次热解反应开始出现，污泥热解气体产物产率迅速升高，当热解温度达到428℃时，污泥中多糖类物质热解已经基本完成，464℃脂类物质气化完成，538℃蛋白质类物质热解完成，热解温度高于538℃后的污泥热失重主要由于腐殖质类物质热解导致。表观动力学分析表明，污泥热解过程中在148-220℃温度段时符合一级动力学模型，在220-475℃符合二级动力学模型，在475-630℃温度段时符合一级动力学模型。 污泥热解工艺研究结果表明污泥热解产物产率和元素组成与小试规模相近，较高的热解温度下因为热辐射导致的能耗会增加，经济分析结果表明，污泥热解产物具有较高的利用价值，污泥热解资源化利用工艺具有优良的效益产出，如果作为一个项目进行建设，具有投资基金回收周期短，回报率高的优点。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X703
【部分图文】：

图 7-2 污泥热解工艺应用设备Fig. 7-2 Equipments of sludge pyrolysis and energy utilization-3 所示。由图 7-3 可知，在更高的热解温度下，污泥热解固体产物产率变小，由 50 57.61-60.31%降低至 900℃的 35.56-36.08%，气体产物产率变大，由 500℃9.69-42.39%升高到 900℃的 63.92-64.44%。通过与图 3-3 数据对比发现，在热度为 500℃和 600℃时，污泥热解固体产物明显低于小试规模，原因是由于污解工艺研究设备长度远远超过小试规模热解装置，而且设备内部温度场均一好，因此污泥中有机物热解效率高于小试规模。在高于 700℃热解温度下，污解固体产物和气体产物产率均与小试规模十分接近。热解时间对污泥热解率定的影响，延长热解时间可以提高污泥热解率，但热解时间对污泥热解率影响不是很大，在热解温度为 500℃时，20min 热解时间下固体产物产率仅比 60m解时间下高 2.70%，考虑到延长热解反应时间会明显降低污泥热解生产效率，污泥热解单位能耗，因此在本论文后续的能量平衡计算、经济分析和碳减排研污泥热解时间均采用 20min。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 唐小辉,赵力;污泥处置国内外进展[J];环境科学与管理;2005年03期

2 李媛;斯图加特市污水处理厂污泥焚烧工艺[J];节能与环保;2004年07期

3 康军;张增强;;污泥堆肥用于城市绿化的现状及前景[J];节能与环保;2009年07期

4 谈勇;杨伟宏;;污泥填埋对邻近水域水质的影响研究[J];滁州学院学报;2009年01期

5 姜应和,张发根;化学污泥中铝盐混凝剂的回用[J];环境科学与技术;2003年01期

6 王昭君;闫洪坤;;我国城市污水处理厂污泥处理工艺及现状[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年S2期

7 汪常青;梁浩;李亚东;华佳;;利用剩余污泥制备泡沫灭火剂的试验研究[J];中国给水排水;2006年09期

8 曾祥文;王海霞;;我国污水处理厂污泥处置的回顾与展望[J];工业安全与环保;2007年07期

9 陈凡植,陈庆邦,聂晓军,陈淦康,何淦锋;电镀污泥的综合利用试验研究[J];化工进展;2001年07期

10 张冠东,张登君,李报厚;从氨浸电镀污泥产物中氢还原分离铜、镍、锌的研究[J];化工冶金;1996年03期

相关博士学位论文 前1条

1 邵敬爱;城市污水污泥热解试验与模型研究[D];华中科技大学;2008年

本文编号：2880496